Abstract
The stress-strain state in a surface-hardened bar (beam) with a stress concentrator of the semicircular notch type is investigated. A numerical method for calculating the residual stresses in the notch region after an advanced surface plastic deformation is proposed. The problem is reduced to the boundary-value problem of fictitious thermoelasticity, where the initial (plastic) deformations of the model are simulated by temperature deformations in an inhomogeneous temperature field. The solution is constructed using the finite element method. For model calculations, experimental data on the distribution of residual stresses in a smooth beam made of EP742 alloy after ultrasonic mechanical hardening were used. The effect of the notch radius and beam thickness on the nature and magnitude of the distribution of the residual stress tensor components in the region of the stress concentrator is studied. For the normal longitudinal component of the residual stress tensor, which plays an important role in the theory of high-cycle fatigue, it was found that if the radius of a semicircular notch is less than the thickness of the hardened layer (area of material compression), an increase (in modulus) of this component of residual stresses occurs in the smallest section of the part (in the volume immediately adjacent to the bottom of the concentrator). If the depth of the notch is greater than the thickness of the hardened layer, then a decrease (in magnitude) of this value is observed in comparison with a smooth hardened sample. It is shown that in a reinforced notched beam, the deflection value due to induced self-balanced residual stresses is less than in a smooth beam. Experimental verification of the developed numerical method is done for a surface-hardened smooth beam made of EP742 alloy.
Highlights
Методы поверхностного пластического деформирования (ППД) — широко используемый в двигателестроении, энергетическом машиностроении и других отраслях промышленности способ повышения ресурса упрочненных деталей и элементов конструкций по отношению к неупрочненным.
Наибольшая эффективность ППД наблюдается для деталей с концентраторами напряжений в условиях многоциклового нагружения, у которых после упрочнения наблюдается повышение предела выносливости до 30–70% [12, 18].
Модификация этого метода выполнена в работах [23,24] применительно к цилиндрическим образцам с надрезами полукруглого профиля различного радиуса после опережающего поверхностного пластического деформирования, в которых на основе метода конечных элементов расчетным путем построены зависимости для всех компонент тензора остаточных напряжений в концентраторе в наименьшем сечении детали.
Summary
Методы поверхностного пластического деформирования (ППД) — широко используемый в двигателестроении, энергетическом машиностроении и других отраслях промышленности способ повышения ресурса упрочненных деталей и элементов конструкций по отношению к неупрочненным. Наибольшая эффективность ППД наблюдается для деталей с концентраторами напряжений в условиях многоциклового нагружения, у которых после упрочнения наблюдается повышение предела выносливости до 30–70% [12, 18].
Sign-in/Register to view highlights & summary Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callMore From: Izvestiya of Saratov University. New Series. Series: Mathematics. Mechanics. Informatics
Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
